XXX學(xué)院20xx/20xx學(xué)年第x學(xué)期考試卷（A）班級：__________學(xué)號:__________姓名:__________課號：__XJ7Z0A03____課名：_機(jī)電一體化概論__閱卷教師:_____________成績:_______________第2頁共3頁序號題號一二三四五總分分?jǐn)?shù)2020202020100得分一、填空題（每空2分，共20分）機(jī)電一體化是動(dòng)力、傳動(dòng)、控制、信息等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)集成，可以簡單認(rèn)為：機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。若將機(jī)電一體化系統(tǒng)比作人體，則檢測單元相當(dāng)于人體的感覺器官。機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械單元、檢測單元、控制單元和伺服驅(qū)動(dòng)單元組成。滾珠絲杠是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的常用傳動(dòng)元件，其工作原理來源于螺紋傳動(dòng)過程，可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種常見的機(jī)電一體化執(zhí)行元件，其作用是將脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的位置控制功能。當(dāng)光柵位移傳感器上的指示光柵相對于主光柵移動(dòng)時(shí)，便會(huì)形成明暗相間的疊柵條紋，這些條紋稱為莫爾條紋。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，具有工作時(shí)間長、可靠性高、工作環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。開環(huán)控制系統(tǒng)的輸入量對輸出量實(shí)行單方向的控制，沒有系統(tǒng)輸出量的檢測環(huán)節(jié)，因此，開環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋環(huán)節(jié)。PID控制是一種常用的控制策略，其中的比例控制具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是由各個(gè)技術(shù)單元組成的綜合系統(tǒng)，各個(gè)單元之間通過接口構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)。二、判斷題（每題2分，共20分，正確畫“”；錯(cuò)誤畫“”）1.（）旋轉(zhuǎn)編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為模擬量的傳感器。2.（）工業(yè)機(jī)器人是一種典型的功能附加型機(jī)電一體化產(chǎn)品。3.（）滾珠絲杠的摩擦力大于滑動(dòng)絲杠。4.（）利用壓電效應(yīng)可以制備力傳感器。5.（）閉環(huán)控制沒有反饋裝置，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。6.（）智能控制主要用來處理傳統(tǒng)控制難以解決的復(fù)雜性、不確定性的控制問題，例如對被控對象的控制難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，存在模型不確定性。7.（）伺服電動(dòng)機(jī)是一種機(jī)電執(zhí)行元件，其作用是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度，從而帶動(dòng)被控對象完成各種動(dòng)作。8.（）在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常用的人機(jī)接口輸入設(shè)備有按鈕、鍵盤、觸摸屏、讀卡器、人臉識(shí)別面板、指示燈、顯示器等設(shè)備。9.（）對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者而言，與產(chǎn)品的適應(yīng)性設(shè)計(jì)相比較，進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)性設(shè)計(jì)相對容易。10.（）一般情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)將可靠性、適用性和經(jīng)濟(jì)性作為機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則。三、選擇題（每題2分，共20分）1.下列那個(gè)產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品？（D）（A）機(jī)械手表；（B）廚房推拉移門；（C）計(jì)算機(jī)繪圖軟件；（D）自動(dòng)售貨機(jī)。在下述機(jī)械元件中，具有導(dǎo)向功能的是（B）（A）直齒輪；（B）滾動(dòng)導(dǎo)軌；（C）平面連桿；（D）同步齒形帶。答案：（B）按系統(tǒng)輸入能源形式，伺服與驅(qū)動(dòng)單元可以劃分為（A）三種類型（A）電氣、液壓、氣動(dòng)；（B）開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)；（C）反應(yīng)式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)；（D）直流、交流、交直流；在設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的人機(jī)接口時(shí)，如果操作人員需要輸入較多的指令或者參數(shù)，在這種情況下可以選擇（B）作為輸入接口。（A）按鈕；（B）鍵盤；（C）顯示器；（D）LED管；如果設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，下面哪一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作屬于總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容？（A）（A）設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的組成；（B）設(shè)計(jì)床身結(jié)構(gòu)；（C）建立伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；（D）設(shè)計(jì)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)當(dāng)遇到緊急情況需要制動(dòng)時(shí)，如果汽車的后輪發(fā)生抱死現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)哪種現(xiàn)象？（A）（A）汽車將產(chǎn)生側(cè)滑和甩尾現(xiàn)象，汽車失去穩(wěn)定性；（B）汽車方向盤失靈,汽車失去轉(zhuǎn)向能力；（C）汽車按照直線行駛；（D）汽車正常行駛。在下列視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，哪一個(gè)屬于執(zhí)行單元？（B）（A）硬盤錄像機(jī)；（B）云臺(tái)；（C）槍型攝像頭；（D）視頻服務(wù)器。MEMS的含義是（A）（A）微機(jī)電系統(tǒng)；（B）微型傳感器；（C）微型控制器；（D）微小器件。如果設(shè)計(jì)一個(gè)焊接機(jī)器人，下面哪一項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)（C）（A）機(jī)器人關(guān)節(jié)；（B）末端執(zhí)行器；（C）控制單元；（D）機(jī)器人本體。在數(shù)控機(jī)床的開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，具體的執(zhí)行元件為（A）（A）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；（B）機(jī)床主軸；（C）機(jī)床工作臺(tái)；（D）滾動(dòng)導(dǎo)軌。簡答題（每題5分，共20分）1.按機(jī)電結(jié)合程度和形式，機(jī)電一體化產(chǎn)品可以分為幾類？每類機(jī)電一體化產(chǎn)品舉一個(gè)例子？按機(jī)電結(jié)合程度和形式分類：（1）功能附加型，（2）功能替代型，（3）機(jī)電融合型舉例：（1）功能附加型：數(shù)顯卡尺（2）功能替代型：電子縫紉機(jī)（3）機(jī)電融合型：數(shù)控機(jī)床說明顯微鏡螺旋微動(dòng)裝置的工作原理？顯微鏡微調(diào)裝置采用螺旋微微動(dòng)機(jī)構(gòu)，依據(jù)螺旋放大的原理，即螺桿在螺母中旋轉(zhuǎn)一周，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進(jìn)或后退一個(gè)螺距的距離，可以獲得微小的直線位移。3.舉例說明機(jī)電一體化產(chǎn)品的三種設(shè)計(jì)類型？（1）開發(fā)性設(shè)計(jì)--第一臺(tái)無人機(jī)、第一臺(tái)ATM機(jī)（2）適應(yīng)性設(shè)計(jì)--將讀卡門禁系統(tǒng)改為刷臉識(shí)別方式（3）變異性設(shè)計(jì)--不同規(guī)格的掃地機(jī)器人4.說明PID控制的主要優(yōu)點(diǎn)？算法簡單、使用方便，穩(wěn)定性好、應(yīng)用廣泛。五、分析問答題（每題10分，共20分）1.如圖所示反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，如果步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組按照A-B-C-A順序通電，說明這種通電方式的工作過程和特點(diǎn)。VR式步進(jìn)電機(jī)用齒輪狀的鐵心作轉(zhuǎn)子，周圍是電磁鐵定子。定子電磁鐵與轉(zhuǎn)子鐵心之間的吸引力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)A相通電，產(chǎn)生A-A′軸線方向磁通，此時(shí)的A、A′極成為電磁鐵的N、S極。在磁場作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，即轉(zhuǎn)子的1、3齒與定子磁極A、A′對齊的位置。同理，B相通電，A、C斷電，轉(zhuǎn)子的2、4齒將與磁極B相對齊，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)30度；然后C相通電，A、B斷電時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、3齒將與磁極C相對齊，轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)30度。上述通電方式為三相單三拍方式。?三相單三拍通電方式?結(jié)構(gòu)簡單，步距角大，精度較低。單相通電容易導(dǎo)致相鄰兩拍切換時(shí)產(chǎn)生失步風(fēng)險(xiǎn)，失去自鎖轉(zhuǎn)矩，在平衡位置產(chǎn)生振蕩。2.設(shè)計(jì)某經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給裝置，計(jì)劃選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、同步齒形帶、滾珠絲桿螺母副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等零部件，搭建一個(gè)開環(huán)控制的數(shù)控進(jìn)給工作臺(tái)，請繪出上述進(jìn)給工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡圖，并說明其工作過程和特點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算出工作臺(tái)位移，發(fā)出數(shù)字信號輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。數(shù)控系統(tǒng)本身不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，需要步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，完成D/A接口、功率放大、脈沖分配等功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收來自數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字信號，將微弱控制信號放大能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)繞組的電流和電壓。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器一般具有細(xì)分功能，將數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的單個(gè)脈沖，進(jìn)一步細(xì)分成多個(gè)微步電流信號，有助于提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)平滑性和定位分辨率。步進(jìn)電機(jī)接收來自步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的大功率電流脈沖序列，根據(jù)電流在繞組中的方向和切換順序，內(nèi)部轉(zhuǎn)子被定子產(chǎn)生的電磁場吸引，按照脈沖指令一步一步地旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電